KR20200123153A - 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템, 밸런스 및 오실레이션 계측 장치, 밸런스 및 오실레이션 조정 방법, 및 공구 홀더 - Google Patents
회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템, 밸런스 및 오실레이션 계측 장치, 밸런스 및 오실레이션 조정 방법, 및 공구 홀더 Download PDFInfo
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Abstract
회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템(100)은 회전 주축(2)에 부착되는 공구 홀더(10)에 의해 구성되는 회전 공구(11)와, 회전 공구(11)의 회전시에 있어서, 회전 공구(11)의 외주 위치 데이터를 취득하고, 상기 외주 위치 데이터로부터 회전 공구(11)의 질량 밸런스를 계측하는 밸런스 계측 장치(20)와, 회전 공구(11)의 회전시에 있어서, 회전 공구(11)의 형상 데이터를 취득하고, 상기 형상 데이터로부터 회전 공구(11)의 오실레이션량을 계측하는 오실레이션 계측 장치(20)를 구비하고, 회전 공구(11)가, 밸런스 계측 장치(20)의 계측 결과에 의거하는 질량 밸런스의 조정이 가능함과 아울러, 오실레이션 계측 장치(20)의 계측 결과에 의거하는 오실레이션량의 조정이 가능하게 구성되어 있다.
Description
본 발명은 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템, 밸런스 및 오실레이션 계측 장치, 밸런스 및 오실레이션 조정 방법, 및 공구 홀더에 관한 것이다.
예를 들면, 피가공물에 대한 절삭 가공은 공작 기계의 회전 주축에 부착된 공구 홀더에 절삭 공구를 장착시켜 행해진다. 이 경우, 절삭 공구를 포함하는 공구 홀더(회전 공구)에 진동이 발생함으로써 피가공물의 가공 정밀도가 저하한다. 회전 공구에 발생하는 진동의 요인으로서는 회전 공구의 질량의 불균형이나 절삭 공구가 갖는 칼날부의 오실레이션 등이 고려된다.
특허문헌 1에는 질량 밸런스의 조정이 가능한 공구 홀더(회전 공구)의 구성이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는 회전 공구가 플랜지 형상부를 갖고, 상기 플랜지 형상부의 공구측의 끝면에, 복수의 나사 구멍이 축선을 중심으로 한 동일 원주 상에 설치되어 있고, 각 나사 구멍에 상이한 질량의 분동이 조립 가능하게 구성되어 있다. 본 구성에 의해, 회전 공구는 균형 시험기를 사용하여 행해지는 밸런스 테스트의 결과에 의거하여 나사 구멍에 조립되는 분동을 무게가 상이한 것으로 교체함으로써 질량 밸런스의 조정을 행할 수 있다.
또한, 특허문헌 2에는 장착되는 공구의 오실레이션량의 조정이 가능한 공구 홀더(회전 공구)의 구성이 개시되어 있다. 특허문헌 2의 공구 홀더에서는 공구 홀더가 플랜지 형상부를 갖고, 플랜지 형상부의 공구측의 끝면에 있어서, 3개의 나사 구멍이 축선을 중심으로 한 동일 원주 상에 분산 배치되어 있다. 각 나사 구멍에는 나사 부재가 조립되어 있으며, 나사 구멍에 대한 나사 부재의 체결량을 변경함으로써 공구 홀더에 장착되는 공구의 오실레이션을 조정할 수 있다.
최근, 예를 들면 광학렌즈 등을 제조하기 위한 정밀 금형에 대한 가공에서는 가공면에 대하여 경면 다듬질을 행하는 것이 있다. 이러한 경면 다듬질은 정밀 금형에 대하여 절삭 가공 후에 연삭 가공에 의해 행해진다. 정밀 금형에서는 약간 치수 변화가 제품상에 있어서 문제가 되는 경우가 있다. 그 때문에, 회전 공구로 가공하는 경우에는 질량 밸런스 및 오실레이션량을 정밀도 좋게 조정할 필요가 있다.
특허문헌 1의 공구 홀더에서는 공구 홀더에 장착되는 공구의 오실레이션량을 조정할 수 없으며, 특허문헌 2의 공구 홀더에서는 질량 밸런스를 조정할 수 없다. 경면 다듬질을 행할 때에는 회전 공구를 고속으로 회전시킬 필요가 있지만, 고속 회전하는 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량을 정밀도 좋게 조정하는 것은 곤란하다. 그 때문에, 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량의 양방을 조정하고 또한 개선의 여지가 있었다.
상기 실정을 감안하여, 회전 공구에 있어서 질량 밸런스 및 오실레이션량을 용이 또한 정밀도 좋게 조정할 수 있는 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템이 요구되고 있다.
본 발명에 의한 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템의 특징 구성은 회전 주축에 부착되는 공구 홀더에 공구가 장착되어 구성되는 회전 공구와,
상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 회전 공구의 외주 위치 데이터를 취득하고, 상기 외주 위치 데이터로부터 상기 회전 공구의 질량 밸런스를 계측하는 밸런스 계측 장치와,
상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 회전 공구의 형상 데이터를 취득하고, 상기 형상 데이터로부터 상기 회전 공구의 오실레이션량을 계측하는 오실레이션 계측 장치를 구비하고,
상기 회전 공구가, 상기 밸런스 계측 장치의 계측 결과에 의거하는 상기 회전 공구의 질량 밸런스의 조정이 가능함과 아울러, 상기 오실레이션 계측 장치의 계측 결과에 의거하는 상기 오실레이션량의 조정이 가능하게 구성되어 있는 점에 있다.
본 구성에 의하면, 회전 공구의 회전시에 있어서, 밸런스 계측 장치를 사용하여 회전 공구의 질량 밸런스를 계측함과 아울러, 오실레이션 계측 장치를 사용하여 회전 공구의 오실레이션량을 계측할 수 있다. 이에 따라, 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량을 용이하게 계측할 수 있다. 또한, 회전 공구의 질량 밸런스의 조정 및 오실레이션량의 조정은 밸런스 계측 장치 및 오실레이션 계측 장치의 각각의 계측 결과에 의거하여 행해지기 때문에, 질량 밸런스 및 오실레이션량의 조정을 정밀도 좋게 행할 수 있다. 그 결과, 회전 공구에 의한 피가공물의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
다른 특징 구성은 상기 오실레이션 계측 장치가,
상기 회전 공구를 촬상하는 촬상 소자와,
상기 촬상 소자에 의한 촬상을 소정 시간마다 실행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 소정 시간을 상기 회전 공구의 회전 주기의 반분 미만의 시간 또는/및 회전 주기보다 긴 시간으로 설정 가능한 점에 있다.
본 구성에서는 회전 공구의 오실레이션량을 계측하는 오실레이션 계측 장치가, 회전 공구를 촬상하는 촬상 소자와, 촬상 소자에 의한 촬상을 소정 시간마다 실행하는 제어부를 구비하여 구성되어 있다. 이러한 오실레이션 계측 장치로는 회전 공구의 회전 속도가 저속이면, 촬상 소자에 의한 촬상을 행하는 소정 시간을 회전 공구의 회전 주기의 반분 미만의 시간으로 설정함으로써 회전 공구가 1회전하는 사이에 공구를 복수회 촬상하는 것이 가능하게 된다. 그러나, 정밀 금형 등의 피가공물을 절삭 가공해서 경면 다듬질 등을 행하는 경우에는 회전 공구를 고속 회전시킬 필요가 있다.
예를 들면, 회전 공구가 고속으로 회전되어, 회전 공구의 회전 주기가 촬상 소자(카메라)의 최소 촬상 간격 시간(최대 프레임 속도의 역수)의 2배 미만이 되는 경우에는 회전 공구가 1회전하는 사이에 촬상 소자는 복수회 촬상을 행할 수 없다. 그래서, 본 구성에서는 촬상 소자에 의한 촬상을 소정 시간마다 실행하는 제어부는 상기 소정 시간(촬상 주기)을 회전 공구의 회전 주기보다 긴 시간으로 설정할 수 있다. 이에 따라, 회전마다 회전 공구의 상이한 복수의 회전 각도에 있어서의 공구를 촬상할 수 있다. 그 결과, 회전 공구가 저속 회전뿐만 아니라 고속 회전에 의해 사용되는 경우에 있어서도, 회전 공구의 오실레이션량을 적정하게 계측할 수 있다.
다른 특징 구성은 상기 공구 홀더는 상기 회전 주축에 부착된 상태에서 상기 질량 밸런스 및 상기 오실레이션량의 조정이 가능하게 구성되는 점에 있다.
본 구성에서는, 공구 홀더는 회전 주축에 부착된 상태에서 질량 밸런스 및 오실레이션량의 조정이 가능하게 구성되므로, 질량 밸런스 및 오실레이션량의 조정을 1개의 장치에 의해 행할 수 있다. 이에 따라, 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템에 있어서, 질량 밸런스 및 오실레이션량을 조정함에 있어서의 조작성이 향상됨과 아울러, 장치의 점유 스페이스를 작게 할 수 있다. 또한, 일단 장착된 기계 주축, 공구 홀더, 회전 공구의 위치 관계를 유지한 채로 측정 및 조정 작업이 가능하기 때문에, 실제의 가공 환경에 극히 가까운 상태에서 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량의 조정을 행할 수 있다.
본 발명에 의한 공구 홀더의 특징 구성은 회전축방향에 있어서 일단측에 형성된 회전 주축에 부착되는 섕크부와,
상기 회전축방향에 있어서 타단측에 형성된 공구를 장착 가능한 척부와,
상기 섕크부와 상기 척부 사이에 형성된 중간부에 있어서 회전축심 주위에 형성되는 복수의 삽입 구멍과,
상기 삽입 구멍에 수용되어, 상기 삽입 구멍에 체결 가능한 삽입 부재를 구비하고,
복수의 상기 삽입 구멍의 각각에 대하여, 상이한 질량을 갖는 복수의 상기 삽입 부재가 조립 가능함과 아울러, 상기 삽입 구멍에 대하여 상기 삽입 부재의 체결량을 변경함으로써 상기 척부의 선단측을 상기 회전축에 직교하는 방향으로 변형 가능하게 구성되는 점에 있다.
본 구성에 의하면, 공구 홀더는 중간부에 형성되는 복수의 삽입 구멍의 각각에 대하여, 상이한 질량을 갖는 복수의 삽입 부재가 조립 가능하므로 복수의 삽입 구멍에 조립되는 삽입 부재의 질량을 조정함으로써 질량 밸런스를 조정할 수 있다. 또한, 공구 홀더는 삽입 구멍에 대하여 삽입 부재의 체결량을 변경함으로써 선단측을 회전축에 직교하는 방향으로 변형 가능하게 구성되어 있으므로, 선단측의 오실레이션량을 조정할 수 있다. 이와 같이, 본 구성의 공구 홀더는 복수의 삽입 구멍과, 삽입 구멍에 조립되는 삽입 부재에 의하여, 질량 밸런스 및 오실레이션량을 조정할 수 있다. 따라서, 공구 홀더는 간소한 구성에 의해 질량 밸런스 및 오실레이션량을 조정할 수 있다.
본 발명에 의한 밸런스 및 오실레이션 계측 장치의 특징 구성은 회전 주축에 부착되는 공구 홀더에 공구가 장착되어 구성되는 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 계측 장치로서,
상기 회전 공구를 촬상하는 촬상 소자와, 상기 촬상 소자에 의해 촬상된 촬상 화상에 의거하여 상기 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량을 계측하는 연산부를 구비하고,
상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 연산부는 상기 촬상 화상에 의거하여 상기 회전 공구의 외주 위치 데이터를 취득하고, 상기 외주 위치 데이터로부터 상기 회전 공구의 질량 밸런스를 계측하고,
상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 연산부는 상기 촬상 화상에 의거하여 상기 회전 공구의 형상 데이터를 취득하고, 상기 형상 데이터로부터 상기 회전 공구의 오실레이션량을 계측하는 점에 있다.
본 구성의 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 계측 장치에 의하면, 회전 공구의 회전시에 있어서 촬상 소자 및 연산부를 사용하여 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량을 계측할 수 있다. 즉, 질량 밸런스의 계측 및 오실레이션량의 계측을 1개의 장치를 사용하여 행할 수 있다. 이에 따라, 회전 공구의 질량 밸런스와 오실레이션량의 양방을 계측할 때의 조작성이 향상된다. 또한, 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템을 구성하는데 있어서, 밸런스 계측 장치와 오실레이션 계측 장치를 개별적으로 구비할 필요가 없기 때문에, 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템의 점유 스페이스를 작게 할 수 있다.
본 발명에 의한 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 방법의 특징 구성은 회전 주축에 부착되는 공구 홀더에 공구가 장착되어 구성되는 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 방법에 있어서,
상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 회전 공구의 외주 위치 데이터를 취득하고, 상기 외주 위치 데이터로부터 상기 회전 공구의 질량 밸런스를 계측하는 밸런스 계측 공정과,
상기 공구 홀더가 상기 회전 주축에 부착된 상태에서, 상기 밸런스 계측 공정의 계측 결과에 의거하여 상기 공구 홀더의 질량을 증감하여 상기 회전 공구의 질량 밸런스를 조정하는 밸런스 조정 공정과,
상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 회전 공구의 형상 데이터를 취득하고, 상기 형상 데이터로부터 상기 회전 공구의 오실레이션량을 계측하는 오실레이션 계측 공정과,
상기 공구 홀더가 상기 회전 주축에 부착된 상태에서, 상기 오실레이션 계측 공정의 계측 결과에 의거하여 상기 공구 홀더의 선단측을 상기 회전 공구의 회전축에 직교하는 방향으로 변형시켜 상기 회전 공구의 오실레이션량을 조정하는 오실레이션 조정 공정을 갖는 점에 있다.
본 구성의 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 방법에 의하면, 회전 공구의 회전시에 있어서, 밸런스 계측 공정에 있어서 회전 공구의 질량 밸런스를 계측함과 아울러, 오실레이션 계측 공정에 있어서 회전 공구의 오실레이션량을 계측할 수 있다. 이에 따라, 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션을 용이하게 계측할 수 있다. 또한, 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량의 조정은 모두 회전 주축에 부착된 상태의 공구 홀더에 있어서 행해진다. 그 결과, 계측 결과에 의거하는 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량의 조정을, 용이 또한 정밀도 좋게 행할 수 있다.
도 1은 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템의 개략도이다.
도 2는 주축에 부착된 회전 공구를 나타내는 도면이다.
도 3은 회전 공구의 공구 부분을 나타내는 도면이다.
도 4는 회전 공구의 공구 선단측으로부터 본 도이다.
도 5는 공구 홀더의 사시도이다.
도 6은 공구 홀더의 측단면도이다.
도 7은 회전 공구의 회전 각도마다의 오실레이션량을 나타내는 그래프이다.
도 8은 회전 공구의 회전 각도마다의 오실레이션량을 XY 좌표 상에 첨부한 도이다.
도 9는 도 8에 나타내어지는 오실레이션량의 최소값을 원점으로 이행한 도이다.
도 10은 공구 홀더에 시험추를 추가한 상태를 나타내는 측단면도이다.
도 11은 공구 홀더에 시험추를 추가한 것으로 변위한 회전 중심의 위치를 나타내는 도면이다.
도 12는 공구 홀더에 시험추를 추가한 것으로 작용하는 벡터를 나타내는 도면이다.
도 13은 시험추에 의한 편하중점과 수정추의 위치를 나타내는 도면이다.
도 14는 오실레이션 계측 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 15는 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 21은 측정 주기를 나타내는 그래프이다.
도 22는 제 2 실시형태의 오실레이션 계측 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 23은 제 2 실시형태의 측정 주기를 나타내는 그래프이다.
도 2는 주축에 부착된 회전 공구를 나타내는 도면이다.
도 3은 회전 공구의 공구 부분을 나타내는 도면이다.
도 4는 회전 공구의 공구 선단측으로부터 본 도이다.
도 5는 공구 홀더의 사시도이다.
도 6은 공구 홀더의 측단면도이다.
도 7은 회전 공구의 회전 각도마다의 오실레이션량을 나타내는 그래프이다.
도 8은 회전 공구의 회전 각도마다의 오실레이션량을 XY 좌표 상에 첨부한 도이다.
도 9는 도 8에 나타내어지는 오실레이션량의 최소값을 원점으로 이행한 도이다.
도 10은 공구 홀더에 시험추를 추가한 상태를 나타내는 측단면도이다.
도 11은 공구 홀더에 시험추를 추가한 것으로 변위한 회전 중심의 위치를 나타내는 도면이다.
도 12는 공구 홀더에 시험추를 추가한 것으로 작용하는 벡터를 나타내는 도면이다.
도 13은 시험추에 의한 편하중점과 수정추의 위치를 나타내는 도면이다.
도 14는 오실레이션 계측 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 15는 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 공구의 칼날부와 위상 검출부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 21은 측정 주기를 나타내는 그래프이다.
도 22는 제 2 실시형태의 오실레이션 계측 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 23은 제 2 실시형태의 측정 주기를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
〔제 1 실시형태〕
밸런스 및 오실레이션 조정 시스템은, 예를 들면 정밀 금형 등의 경면 다듬질 등에 사용되는 절삭 공구를 갖는 회전 공구에 있어서, 질량 밸런스 및 오실레이션량을 조정할 때에 사용된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템(100)은 공구(5)를 갖는 회전 공구(11)와, 촬상 장치(20)를 구비하여 구성된다. 본 실시형태에서는 촬상 장치(20)를 사용해서 회전 공구(11)의 질량 밸런스 및 오실레이션량을 계측한다. 촬상 장치(20)는 촬상부(21)와, 컨트롤러(22)로 구성되어 있다. 촬상부(21)는 회전 공구(11)를 부착된 컴퓨터 수치 제어(CNC)식의 공작 기계(1)에 설치된다.
도 1∼도 4에 나타내는 바와 같이, 회전 공구(11)는 공작 기계(1)의 회전 주축(2)에 부착되는 공구 홀더(10)에 공구(5)가 장착되어 구성된다. 회전 주축(2)에는 회전 위상의 기준점이 되는 제 1 마크(3)가 상부에 형성되고, 공구 홀더(10)에 인접하는 부분에 제 2 마크(4)가 형성되어 있다. 공구 홀더(10)에는 회전 주축(2)에 인접하는 부분에 제 3 마크(13)가 형성되고, 공구(5)에 인접하는 부분에 제 4 마크(14)가 형성되어 있다. 회전 주축(2)에 있어서, 제 1 마크(3) 및 제 2 마크(4)는 둘레방향의 동 위치에 형성된다. 또한, 공구 홀더(10)에 있어서, 제 3 마크(13) 및 제 4 마크(14)는 둘레방향의 동 위치에 형성된다. 이렇게 해서, 제 1 마크(3) 및 제 2 마크(4)와 제 3 마크(13) 및 제 4 마크(14)는 회전 주축(2)의 회전축(Z)을 따르도록 배치된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 공구 홀더(10)는 회전 주축(2)에 대하여, 제 2 마크(4)에 제 3 마크(13)의 위치를 맞춰서 장착된다.
〔공구 홀더〕
도 4∼도 6에 나타내는 바와 같이, 공구 홀더(10)는 회전축(Z)방향(도 2참조)에 있어서 일단측에 형성되어 공작 기계(1)의 회전 주축(2)에 부착되는 섕크부(15)와, 회전축(Z)방향에 있어서 타단측에 형성되어 공구(5)를 장착 가능한 척부(17)를 구비하고, 섕크부(15)와 척부(17) 사이에 플랜지 형상부(19)(중간부의 일례)가 형성되어 있다. 섕크부(15) 및 척부(17)는 선단을 향함에 따라서 소경이 되는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 공구 홀더(10)의 척부(17)에 대하여, 공구(5)는 예를 들면 수축 끼워맞춤이나 콜릿 척 등에 의해 장착된다. 공구(5)는 공구 홀더(10)에 인서트 칩으로서 장착되어도 좋다.
플랜지 형상부(19)에는 척부(17)측의 끝면(19a)에, 공구 홀더(10)의 축심을 중심으로 하는 동일 원주 상에, 30도 간격으로 나사 구멍(18)(삽입 구멍의 일례)이 12개 형성되어 있다. 나사 구멍(18)은 섕크부(15)측을 향함에 따라서 축심에 가까이 가도록 경사져 있다. 12개의 나사 구멍(18)의 직경 및 깊이는 모두 동일하다. 나사 구멍(18)은 나사 부재(41)가 삽입되어 조립되는 원기둥 형상의 제 1 구멍부(18a)와, 제 1 구멍부(18a)의 안쪽 측에 연속해서 형성되는 테이퍼 형상의 제 2 구멍부(18b)를 갖는다. 나사 구멍(18)에는 제 2 구멍부(18b)에 볼체(40)가 삽입되어, 볼체(40)에 접촉하는 상태에서 제 1 구멍부(18a)에 나사 부재(41)(삽입 부재의 일례)가 조립되어 있다. 나사 부재(41)가 끝면(19a)으로부터 돌출하지 않도록, 볼체(40)와 나사 부재(41)의 축방향 길이의 합은 나사 구멍(18)의 깊이보다 짧게 설정되어 있다. 또한, 제 1 구멍부(18a)의 암 나사부는 나사 부재(41)와 볼체(40)가 접촉한 후도 나사 부재(41)의 체결이 가능해지도록 충분한 길이로 형성되어 있다.
나사 부재(41)는 도 6에 나타내는 바와 같이 셋트 볼트 형상으로 약간만 질량이 상이한, 즉 길이가 상이한 것이 다종류 준비되어 있다. 복수의 나사 부재(41)는 밀도가 상이한 복수 종류의 재료로 같은 길이로 형성함으로써, 각각의 질량을 상이하게 하도록 구성해도 좋다.
공구 홀더(10)의 복수의 나사 구멍(18)에는 소정 질량의 나사 부재(41a)가 미리 나입(螺入)되어 있다. 이 상태에서 회전 공구(11)에 대하여 균형 시험기에 의해 테스트를 행하고, 그 결과에 의거하여 회전 공구(11)의 회전시에 있어서의 동적인 질량 밸런스를 조정할 수 있다.
회전 공구(11)를 균형 시험기에 의해 테스트한 결과, 회전 공구(11)의 질량에 불균형이 있는 경우, 회전 공구(11)의 직경방향의 오실레이션이 되어 표출된다. 그 결과, 균형 시험기에는 불균형이 되어 있는 개소의 회전 위상의 기준점으로부터의 각도 및 회전축(Z)에 대한 조정 직경의 질량이 표시된다. 그래서, 회전 공구(11)에 있어서 최대의 오실레이션량을 제로에 가까이 하도록 소정 질량의 나사 부재(41a) 대신에 상기 질량이 상이한 나사 부재(41)를 나사 구멍(18)에 나사 결합한다. 이렇게 해서, 회전 공구(11)의 회전시에 있어서의 동적인 질량 밸런스를 조정한다.
〔촬상 장치〕
도 1에 나타내는 바와 같이, 촬상 장치(20)는 촬상부(21)와, 컨트롤러(22)(연산부의 일례)에 의해 구성되어 있다. 촬상부(21)는 공구(5)를 향해서 조사 광을 발하는 투광부(23)와, 조사 광을 수광해서 공구(5)를 촬상하는 촬상 소자(24)와, 촬상 대상인 공구(5)의 상을 촬상 소자(24)의 수광면에 결상시키는 대물 렌즈(25) 및 촬상 렌즈(26)를 구비한다. 투광부(23)는 발광다이오드(LED) 등으로 구성된다. 촬상 소자(24)는 미러(27)를 통해서 조사 광을 수광하도록 구성되어 있다. 촬상부(21)는 촬상 소자(24)에 의한 촬상을 소정 시간마다 실행하는 제어부(28)로서 제어 기판을 갖는다. 제어부(28)에는 촬상을 실행하는 트리거 회로(29)가 형성되어 있다.
컨트롤러(22)는 공작 기계(1) 및 촬상 장치(20)의 촬상 화상 등의 데이터 처리나, 공구(5)가 갖는 칼날부(5A)의 수(칼날수)나, 후술하는 촬상을 위한 회전수 등의 각종 데이터 입력을 행할 수 있도록 구성되어 있다. 위상 검출부(31)는 회전 주축(2)에 형성된 제 1 마크(3)를 검출하는 광전 센서를 구비하고, 회전 주축(2)의 회전 위상의 기준점(회전 각도가 0도가 되는 개소)을 검출하기 위해 사용된다. 위상 검출부(31)에 있어서 제 1 마크(3)가 검출되면, 위상 검출부(31)로부터 제어부(28)를 향해서 검출 신호가 송신되도록 구성되어 있다.
밸런스 및 오실레이션 조정 시스템(100)에 있어서, 회전 공구(11)는 이하의 공정에 의해 밸런스 및 오실레이션량이 조정된다.
공작 기계(1)에 촬상 장치(20)의 촬상부(21)를 배치한다.
복수의 칼날부(5A)를 갖는 공구(5)를 장착한 공구 홀더(10)(회전 공구(11))를 공작 기계(1)의 회전 주축(2)에 부착한다. 이 때, 공작 기계(1)의 회전 주축(2)의 기준점(제 1 마크(3), 제 2 마크(4))의 위치와 공구 홀더(10)의 툴 기준점(제 3 마크(13))의 위치를 맞춘다.
계속해서, 밸런스 계측 장치(본 실시형태에서는 촬상 장치(20))를 사용해서 회전시의 회전 공구(11)의 질량 밸런스를 계측한다(밸런스 계측 공정). 그 후에, 밸런스 계측 장치에 있어서 계측된 회전 공구(11)의 질량 밸런스에 의거하여 공구 홀더(10)가 공작 기계(1)의 회전 주축(2)에 부착된 상태에서, 공구 홀더(10)(회전 공구(11))에 대하여 밸런스 조정을 행한다(밸런스 조정 공정).
계속해서, 오실레이션 계측 장치(본 실시형태에서는 촬상 장치(20))를 사용해서 회전시의 공구(5)(회전 공구(11))의 오실레이션량을 계측한다(오실레이션 계측 공정). 그 후에, 오실레이션 계측 장치에 있어서 계측된 오실레이션량에 의거하여 공구 홀더(10)가 공작 기계(1)의 회전 주축(2)에 부착된 상태에서, 공구 홀더(10)(회전 공구(11))에 대하여 오실레이션 조정을 행한다(오실레이션 조정 공정).
본 구성에 의하면, 회전 공구(11)의 회전시에 있어서, 촬상 장치(20)를 사용하여 회전 공구(11)의 질량 밸런스를 계측함과 아울러, 회전 공구(11)가 갖는 공구(5)(날부(5A))의 오실레이션량을 계측할 수 있다. 이에 따라, 회전 공구(11)의 질량 밸런스 및 오실레이션량을 용이하게 계측할 수 있다. 또한, 회전 공구(11)의 질량 밸런스 및 오실레이션량의 조정은 공작 기계(1)의 회전 주축(2)에 부착된 상태의 공구 홀더(10)에 의해 행하므로, 계측 결과에 의거하는 회전 공구(11)의 질량 밸런스 및 오실레이션량의 조정을 용이 또한 정밀도 좋게 행할 수 있다.
이하에, 밸런스 계측 공정, 밸런스 조정 공정, 오실레이션 계측 공정, 및 오실레이션 조정 공정의 구체적인 내용을 설명한다.
(밸런스 계측 공정 및 밸런스 조정 공정)
본 실시형태에서는, 밸런스 계측 공정은 촬상 장치(20)를 사용해서 행해진다. 구체적으로는, 촬상 소자(24)가 회전 공구(11)를 촬상하고, 얻어진 회전 공구(11)의 촬상 화상에 의거하여 회전 공구(11)의 외주 위치 데이터(직경방향의 오실레이션량)를 취득하고, 컨트롤러(22)(연산부)를 사용하여 상기 외주 위치 데이터로부터 회전 공구(11)의 질량 밸런스를 계측한다. 도 1의 상태로부터, 촬상 장치(20)를 상승시키거나, 위상 검출부(31)를 포함하여 회전 주축(2)을 하강시키거나 해서, 투광부(23)로부터의 조사 광이 회전 공구(11)에 조사되도록 한다.
구체적으로는 회전시의 공구 홀더(10)의 원통 부분(예를 들면, 척부(17))에 투광부(23)로부터의 조사 광을 조사하고, 상기 원통 부분의 오실레이션에 의거하여 회전 공구(11)의 질량 밸런스를 계측한다. 촬상 장치(20)에 의한 회전 공구(11)의 오실레이션의 계측은 분할 촬영 및 지연 촬영 중 어느 하나의 촬영 방법에 의해 행해진다. 분할 촬영은 저속 회전시의 촬영 방법이며, 지연 촬영은 고속 회전시의 촬영 방법이다. 분할 촬영 및 지연 촬영에 대해서는 이하의 오실레이션 계측 공정에 있어서 상술한다.
촬상 장치(20)를 사용하여 회전 공구(11)의 원통 부분(척부(17))에 있어서의 1주분의 소정 회전 각도마다의 오실레이션량을 계측한다. 도 7에 계측 결과의 일례를 나타낸다. 이로부터, 회전 각도가 160도일 때에 오실레이션량이 최대 16㎛, 회전 각도가 340도일 때에 오실레이션량이 최소 4㎛가 되는 것을 알았다. 도 8은 도 7의 결과를 XY좌표 상에 전개했다. 구체적으로는, 도 7에 나타내는 오실레이션량의 최소값(340도, 4.0㎛)을 XY좌표의 원점으로부터 X축 상에 있어서의 정방향의 소정 위치로 하고, 이 위치를 기준으로 해서 모든 각도의 오실레이션량을 XY좌표 상에 전개했다. XY좌표의 원점으로부터 각 점까지의 거리가 오실레이션량을 나타내고 있다. 도 8에서는 XY좌표 상의 X축의 정방향을 회전 공구(11)의 회전 위상의 기준점(0도)으로 설정했다. 도 8에 있어서 회전 공구(11)의 원통 부분의 오실레이션의 중심 위치를 Z1이라고 한다.
다음에, 도 7에 있어서의 오실레이션량의 최소값(340도, 4.0㎛)을 XY좌표의 원점에 맞춰서 회전 각도마다의 오실레이션량을 재계산했다. 구체적으로는, 도 8의 원을 구성하는 각 점을 X축의 부방향으로 4.0㎛만 시프트했다. 재계산한 회전 각도마다의 오실레이션량은 도 9의 그래프에 전개할 수 있고, 도 9에 나타내는 바와 같이 회전 공구(11)의 오실레이션의 중심 위치가 Z1로부터 Z2로 이동한다. Z2의 좌표는 회전 위상이 180도 상이한 각도의 오실레이션량에 있어서의 X값과 Y값의 각각을 평균함으로써 산정할 수 있다. 도 9에 나타내는 예에서는, 위치 Z2는 XY좌표의 원점으로부터 연장되는 X축의 양의 부분을 XY좌표의 원점에 대한 각도가 0도인 기준선(이하, 기준선 S라고 칭함)으로 가정한 경우에, XY좌표의 원점을 중심으로 반시계회전의 각도 θ1이 160도가 되는 위치에 있다. 또한, XY좌표의 원점으로부터 위치 Z2까지의 벡터의 크기는 10㎛이다. 이 벡터의 방향을 나타내는 각도 θ1은 도 7에 나타내는 오실레이션량이 최대, 최소가 되는 회전 각도이며, 크기는 그 각도에 있어서의 오실레이션량의 최대값과 최소값의 평균이다. 이후, 이 벡터를 벡터 V1이라고 칭한다.
여기에서, 위치 Z2가 회전 중심인 회전 공구(11)에 대하여, 공구 홀더(10)에 시험추를 부가해서 시험추에 의한 질량 밸런스의 영향을 구한다. 구체적으로는, 도 10에 나타내는 바와 같이 공구 홀더(10)에 있어서 둘레방향으로 분산 배치된 12군데의 나사 구멍(18) 중, 1군데(예를 들면, 0번, 0도)의 나사 구멍(18)으로부터 표준의 나사 부재(41a)를 빼고, 대신에 나사 부재(41a)의 질량에 시험추(예를 들면, 200㎎)가 부가된 나사 부재(41b)를 조립한다. 그 후에, 같은 회전수로 회전 공구(11)를 회전시켜 회전 공구(11)의 오실레이션의 변화를 계측한다.
시험추를 부가함으로써 공구 홀더(10)의 오실레이션의 중심 위치는 Z2로부터 Z3로 이동했다고 한다(도 11 참조). 위치 Z3은 기준선(S)으로부터 반시계회전의 각도 θ2가 200도가 되는 위치가 된다. 또한, XY좌표의 원점으로부터 위치 Z3까지의 벡터의 크기는 6.5㎛이며, 원점으로부터 위치 Z2까지의 벡터의 크기 10㎛에 비교해서 감소했다고 한다. 이후, 이 벡터를 벡터 V2라고 칭한다.
회전 공구(11)의 오실레이션의 중심 위치를 이동시키는데 있어서의 시험추의 영향을 도 12에 나타내는, 시험추에 의해 발생하는 오실레이션은 벡터 V1과 벡터 V2에 의거하는 벡터 계산에 의해 벡터 V3으로서 구할 수 있다. 벡터 V1과 벡터 V3의 합이 벡터 V2이므로, 벡터 V3은 벡터 V2로부터 벡터 V1을 감함으로써 구할 수 있다.
시험추의 영향을 나타내는 벡터 V3에 있어서, X 성분(V3x)은 이하의 수 1식 의해 나타낼 수 있다.
[수 1]
또한, Y 성분(V3y)은 이하의 수 2식에 의해 나타낼 수 있다.
[수 2]
이에 따라, 기준선(S)으로부터 벡터 V3까지의 시계회전의 각도 θ3과, 벡터 V3의 크기는 이하의 수 3식 및 수 4식에 의해 산출된다.
[수 3]
[수 4]
도 12에 나타내는 예에서는, 각도 θ3은 -59.8도이며, 벡터 V3의 크기는 6.5㎛이다.
도 13에, 시험추(C)의 위치, 편하중(D)의 위치, 편하중(D)을 부가해서 회전 공구(11)의 편하중을 수정하는 위치(수정점)(E)를 나타낸다. 시험추(C)에 의한 영향을 나타내는 벡터 V3과 시험추(C)의 위치(0번, 0도)의 관계로부터, 회전 공구(11)의 편하중(D)은 이하의 수 5식에 의해 산출된다. 여기에서, 편하중(D)이란 회전시의 회전 공구(11)에 있어서 불균형을 발생시키는 하중의 크기로 정의한다.
[수 5]
회전 공구(11)의 둘레방향에 있어서 편하중(D)의 위치는 기준선(S)으로부터 각도 θ4의 위치이며, 각도 θ4는 이하의 수 6식에 의해 산출된다.
[수 6]
도 13에 나타내어지는 편하중(D)은 회전 공구(11)에 있어서 편하중(D)이 존재하는 위치이므로, 예를 들면 공구 홀더(10)로부터 편하중(D)을 제거함으로써 회전 공구(11)의 오실레이션량이 가장 작아진다. 이것 대신에, 공구 홀더(10)에 밸런스 수정용의 추를 부가해서 편하중(D)을 상쇄하는 경우에는 도 13에 나타내는 위치 E에 추를 부가하는 것이 된다. 위치 E는 원점에 대하여 각도 θ4와 대칭 위치가 되는 기준선(S)으로부터 각도 θ5의 위치이며, 각도 θ5는 이하의 수 7식에 의해 산출된다.
[수 7]
도 7∼도 12에 나타내는 실시예에서는, 도 13에 있어서 편하중(D)이 308㎎, 기준선(S)으로부터 편하중(D)의 위치까지의 각도 θ4는 219.8도가 되므로, 기준선(S)으로부터 위치 E까지의 각도 θ5는 39.8도가 된다. 나사 구멍(18)은 공구 홀더(10)의 둘레방향에 있어서 30도 간격으로 형성되어 있기 때문에, 예를 들면 번호 1의 나사 구멍(18)과 번호 2의 나사 구멍(18)에 편하중(D)을 상쇄하는 하중(308㎎)이 되도록 나누어 부가함으로써 회전 공구(11)의 질량 밸런스를 적정하게 조정할 수 있다. 이에 따라, 회전 공구(11)의 밸런스 조정이 완료된다.
(오실레이션 계측 공정)
촬상 장치(20)에 있어서, 회전 공구(11)의 오실레이션량이 계측된다.
구체적으로는, 회전 공구(11)의 회전시에 있어서 촬상 장치(20)의 촬상 소자(24)가 회전 공구(11)를 촬상하고, 얻어진 회전 공구(11)의 촬상 화상에 의거하여 공구(5)의 칼날부(5A)(회전 공구(11))의 형상 데이터를 취득하고, 컨트롤러(22)(연산부)를 이용하여 상기 형상 데이터로부터 칼날부(5A)(회전 공구(11))의 오실레이션량을 계측한다.
촬상 장치(20)는 회전 공구(11)의 복수의 칼날부(5A)의 오실레이션량의 계측을 상술의 분할 촬상 및 지연 촬상 중 어느 하나를 이용하여 행한다. 분할 촬상은 회전체가 1회전하는 사이에 복수회 촬상하는 촬상 방법이다. 한편, 지연 촬상은 회전체의 회전 주기(1회전 주기 또는 복수 회전 주기)보다 조금 긴 시간을 촬상 주기로 함으로써 스트로보 효과를 발휘시켜 회전체를 촬상하는 촬상 방법이다.
회전 공구(11)가 저속 회전으로 사용되어 회전 공구(11)의 회전 주기가 촬상 소자(24)(카메라)의 최고 촬상 주기의 2배 이상인 경우에는 회전 공구(11)가 1회전하는 사이에 촬상 소자(24)는 복수회의 촬상이 가능하다. 그 때문에 이 경우에는, 촬상 장치(20)는 분할 촬상을 이용하여 회전 공구(11)의 복수의 칼날부(5A)의 오실레이션량의 계측을 행할 수 있다.
한편, 회전 공구(11)가 고속 회전되어 회전 공구(11)의 회전 주기가 촬상 소자(24)(카메라)의 최고 촬상 주기의 2배 미만인 경우에는 회전 공구(11)가 1회전하는 사이에 촬상 소자(24)는 복수회의 촬상을 행할 수 없다. 그 때문에 이 경우에는, 촬상 장치(20)는 분할 촬상 대신에 지연 촬상을 이용하여 회전 공구(11)의 복수의 칼날부(5A)의 오실레이션량의 계측을 행한다. 이와 같이, 2개의 촬영 방법을 구별지어 이용함으로써 회전 공구(11)의 복수의 칼날부(5A)의 오실레이션량을 효과적으로 계측할 수 있다.
회전 공구(11)에 의해 정밀 금형 등에 대하여 경면 다듬질 등의 정밀도가 높은 가공을 실시하기 위해서는 칼날부(5A)를 갖는 회전 공구(11)를 고속 회전시킬 필요가 있다. 그래서, 이하에서는 도 14에 나타내는 플로차트에 의거하여 지연 촬상을 이용한 회전 공구(11)의 오실레이션 계측 공정을 설명한다. 지연 촬상에 의한 오실레이션 계측 공정에서는 복수의 칼날부(5A)에 대하여, 결정된 기점에 의거하여 복수의 칼날부(5A)에 순차적으로 식별 번호(예를 들면, 5A1, 5A2,···n)를 부여하고, 공구(5)(회전 공구(11))를 연속적으로 회전시켜 일정 주기로 복수의 칼날부(5A)의 오실레이션의 계측을 행한다. 도 15∼도 20은 오실레이션 계측 공정에 있어서의 위상 검출부(31)에 대한 공구(5)(회전 공구(11))의 회전 위상의 추이를 나타낸다.
스텝 #1에 있어서 측정 주기 M을 계산한다. 일례로서, 측정 대상의 회전 공구(11)가 5000회/분으로 회전하여 칼날부(5A)가 2장인 경우를 상정한다. 이 경우, 회전 공구(11)의 회전 주기는 12.00밀리초가 된다. 여기에서, 촬상 소자(24)를 갖는 카메라의 최소 촬상 간격 시간(최대 프레임 속도의 역수)은 12.67밀리초로 한다. 이 경우, 회전 공구(11)의 회전 주기가 카메라의 최소 촬상 간격 시간의 2배 미만이므로, 지연 촬상을 행하여 회전 공구(11)의 칼날부(5A)의 오실레이션량을 계측한다.
지연 촬상에 있어서, 촬상 소자(24)의 촬상 타이밍을 회전 공구(11)의 회전 주기보다 늦추기 위한 회전수(지연 촬상용 회전수라고 칭함)를 컨트롤러(22)에 의해 설정한다. 이에 따라, 초기 촬상용 회전수는 이하의 수 8식을 이용하여 산출된다.
[수 8]
예를 들면, 지연 촬상용 회전수를 5회/분으로 하면, 초기 촬상용 회전수는 4995회/분이 된다.
여기에서, 초기 촬상용 회전수로서 산출된 4995회/분은 촬상 간격 시간으로 환산하면 12.01밀리초가 되고, 촬상 소자(24)의 최소 촬상 간격 시간 12.67밀리초보다 작다. 이 때문에, 촬상 소자(24)의 촬상 간격 시간을 지연 촬상용 주기(12.01밀리초)라고 할 수 없다. 그래서, 초기 촬상용 회전수를 촬상 주기로 환산한 12.01밀리초를 촬상 소자(24)의 최소 촬상 간격 시간(12.67밀리초) 이상이 되는 정수(본 실시예에서는 「2」)로 승산한다. 이에 따라, 촬상 소자(24)의 촬상 간격 시간은 회전 공구(11)의 2회전 주기보다 조금 긴 시간(24.02밀리초)으로 설정되어 칼날부(5A)의 오실레이션량을 적정하게 계측할 수 있다. 촬상 소자(24)에 의한 촬상은 제어부(28)에 설치된 트리거 회로(29)의 트리거 신호가, 촬상 소자(24)를 포함하는 카메라에 트리거 신호가 출력됨으로써 실행된다.
다음에, 스텝 #2에 있어서, 기점이 되는 제 1 마크(3)의 위치를 기준으로 한 촬상 개시 위상을 설정하고, 첫회 촬상 개시까지의 지연 시간(W)을 산출한다. 본 실시예에서는, 촬상 개시 위상은 0.75주, 지연 시간(W)은 9밀리초로 설정된다.
스텝 #3∼스텝 #13에 의해, 공구(5)의 칼날부(5A)의 오실레이션량이 계측된다.
스텝 #3에 있어서, 기점이 되는 제 1 마크(3)(제 4 마크(14))가 위상 검출부(31)에 검출된다(도 15 참조). 스텝 #4에 있어서, 칼날부(5A1)가 초기 계측 칼날(N=1)로서 설정된다. 계속해서, 지연 시간(W)의 경과 후에 촬상이 개시되어, 칼날부(5A1)의 위치(회전 공구(11)의 회전축(Z)으로부터 칼날부(5A)의 외면까지의 거리)의 최대값의 검출이 개시된다(스텝 #5, 스텝 #6, 도 16 참조). 도 16은 칼날부(5A1)의 촬상이 개시된 공구(5)(회전 공구(11))의 회전 위상을 나타낸다.
측정 주기 M에 의한 촬상이 계속되어 칼날부(5A1)의 위치의 최대값이 수시 갱신된다(스텝 #7,스텝 #8). 도 17은 칼날부(5A1)의 촬상 범위(촬상 영역)의 반분이 종료된 공구(5)의 회전 위상을 나타낸다. 스텝 #9에 있어서, N장째(예를 들면, 1장째)의 칼날(날부(5A1))의 촬상 범위(촬상 영역)의 촬상이 종료되었는지의 여부가 확인되고, 촬상 범위의 촬상이 종료되지 않으면 스텝 #7로 돌아가 칼날부(5A1)의 촬상이 계속되고, 칼날부(5A1)의 촬상 범위의 촬상이 종료하면 칼날부(5A1)의 위치의 최대값을 기록한다(스텝 #10). 칼날부(5A1)의 위치의 최대값은 촬상부(21)의 제어부(28) 또는 컨트롤러(22)에 형성된 도시하지 않은 연산부 등에 기억된다. 스텝 #10에서는 칼날부(5A)의 칼날수분(N개)의 최대값이 기억된다. 도 18은 칼날부(5A2)의 촬상이 개시된 공구(5)의 회전 위상을 나타낸다. 도 19는 칼날부(5A2)의 촬상 영역의 촬상이 반분 종료한 공구(5)의 회전 위상을 나타낸다. 도 20은 칼날부(5A2)의 촬상 영역의 촬상이 모두 종료된 공구(5)의 회전 위상을 나타낸다.
스텝 #11에 있어서, 목표 칼날수 N의 달성이 확인된다. 목표 칼날수 N이 미달성이면, 칼날부(5A1)의 위치의 최대값이 리셋되어 다음 칼날(본 실시형태에서는 칼날부(5A2))의 계측이 실행된다(스텝 #12, 스텝 #6). 스텝 #11에 있어서, 목표 칼날수 N의 달성이 확인되면, 스텝 #13에 있어서 회전 공구(11)의 복수의 칼날부(5A)에 의한 오실레이션량이 계산된다.
도 21에, 회전 공구(11)의 회전파형(사인파형)과, 회전 공구(11)의 칼날부(5A)의 위치의 측정 주기 M(촬상 소자(24)의 촬상 간격 시간)의 관계를 나타낸다. 위상 검출부(31)의 광전 센서가 제 1 마크(3)를 검출해서 지연 시간(W)이 경과하면, 트리거 회로(29)로부터의 외부 트리거를 기동하여 촬상 소자(24)를 구비하는 카메라의 셔터(도시하지 않은)가 개폐한다. 이에 따라, 촬상 소자(24)에 의해 회전 공구(11)의 공구(5)의 최초의 촬상이 행해진다. 그 후에, 측정 주기 M가 경과할 때마다 촬상 소자(24)에 의한 촬상이 반복된다.
〔오실레이션 조정 공정〕
오실레이션 계측 공정의 계측 결과에 의거하여 회전 공구(11)의 복수의 칼날부(5A)의 오실레이션량을 조정한다. 구체적으로는, 공구 홀더(10)에 있어서 일부의 나사 구멍(18)에 조립된 나사 부재(41)의 조임량을 조정한다. 구체적으로는, 나사 부재(41)를 나사 구멍(18)의 바닥면을 향해서 조여진다. 이에 따라, 나사 부재(41)의 선단면에 접촉하는 볼체(40)가 나사 구멍(18)의 저부(제 2 구멍부(18b)의 내면)를 압박한다. 나사 구멍(18)은 공구 홀더(10)의 기단측을 향함에 따라서 공구 홀더(10)의 축심에 가까이 가도록 경사져 형성되어 있다. 따라서, 척부(17)의 선단은 나사 부재(41)가 조여짐으로써 공구 홀더(10)의 기단부에 작용하는 나사 부재(41)의 반력을 받는다.
이에 따라, 척부(17)에 있어서, 나사 부재(41)가 조여진 나사 구멍(18)의 부위로부터 선단을 향하는 부분이 직경방향 외방을 향해서 변형 가능하게 된다. 복수의 나사 구멍(18)에 조립된 나사 부재(41)를 선택해서 나사 부재(41)의 체결량을 적당하게 변경함으로써 회전 공구(11)에 있어서 복수의 칼날부(5A)의 오실레이션량이 작아지도록 조정할 수 있다.
여기에서, 나사 부재(41)의 축심방향에 있어서, 나사 부재(41)와 볼체(40)의 접촉 면적이 작은 쪽이 바람직하다. 나사 부재(41)와 볼체(40)의 축심방향에 있어서의 접촉 면적을 작게 함으로써 양자의 접촉 저항이 작아진다. 즉, 나사 부재(41)를 체결하여 나사 부재(41)에 의해 볼체(40)를 압박할 때의 압박 효율이 향상된다. 이에 따라, 볼체(40)에 의한 나사 구멍(18)의 저부에의 압박력을 높일 수 있기 때문에, 척부(17)의 변형량을 증가시켜 쉬워진다. 나사 부재(41)와 볼체(40)의 접촉 면적을 작게 하기 위해서, 예를 들면 나사 부재(41)의 선단측 축심 부분에 나사 부재(41)의 본체부보다 소경의 볼록부를 형성해도 좋다.
〔제 2 실시형태〕
본 실시형태에서는 오실레이션 계측 공정에 있어서의 지연 촬상 방법이 제 1 실시형태와는 상이하다. 다른 구성은 제 1 실시형태와 같다.
본 실시형태에 있어서의, 지연 촬상에 의한 회전 공구(11)의 오실레이션 계측은 도 22에 나타내는 플로차트에 의거하여 행해진다. 구체적으로는 이하의 순서로 행해진다. 복수의 칼날부(5A)에 대하여, 결정된 기점에 의거하여 칼날부(5A)에 순차적으로 식별 번호(예를 들면, 5A1, 5A2,···n)를 부여하고, 공구(5)(회전 공구(11))를 연속적으로 회전시켜, 측정 주기 M(촬상 간격 시간)를 회전 주기(기준 주기 M1)보다 길게 해서 칼날부(5A)의 위치의 계측을 행한다.
스텝 #21에 있어서, 기준 주기 M1과, 기점이 되는 제 1 마크(3)가 위상 검출부(31)에 검출되고 나서 기준 주기 M1이 경과할 때마다 가산되는 위상 대기 시간 α를 계산한다. 제 1 실시형태에 나타내는 예와 같이, 측정 대상의 회전 공구(11)가 5000회/분으로 회전하여, 칼날부(5A)가 2장인 경우에는 기준 주기 M1은 회전 공구(11)가 2회전 주기(24밀리초)가 된다. 위상 대기 시간 α는 이하의 수 9식에 의해 산출할 수 있다.
[수 9]
예를 들면, 회전 공구(11)를 회전 각도에 있어서 1도마다 촬상하는 경우에는 상기의 수 9식에, 1회전 주기 12밀리초와, 촬상 횟수 360회를 대입한다. 이에 따라, 위상 대기 시간 α는 0.033밀리초가 된다.
스텝 #22∼스텝 #30에 의해, 공구(5)의 복수의 칼날부(5A)의 위치(회전 공구(11)의 회전축(Z)으로부터 칼날부(5A)의 외면까지의 거리)가 계측된다. 스텝 #22에 있어서, 기점이 되는 제 1 마크(3)가 위상 검출부(31)에 검출되면 촬상 소자(24)에 의한 촬상이 개시되어 칼날부(5A1)의 위치의 최대값의 검출이 개시된다.
스텝 #24에 있어서, 기준 주기 M1의 경과 후에, 기점이 되는 제 1 마크(3)가 위상 검출부(31)에 검출되면, 위상 대기 시간 α가 적산된다(스텝 #25). 예를 들면, 2회째의 촬상이면 위상 대기 시간은 α이며, 3회째의 촬상이면 위상 대기 시간은 2α가 된다(도 23 참조). 스텝 #26에 있어서, 칼날부(5A1)의 위치의 최대값이 수시 갱신된다. 구체적으로는, 계측된 칼날부(5A1)의 위치(위치 n)의 값이 그 직전에 계측된 위치(위치 n-1)의 값보다 큰 경우에 최대값이 갱신된다. 칼날부(5A1)의 위치의 계측에 있어서, 위치(위치 n)의 값이 직전의 계측된 위치(위치 n-1)의 값보다 작아지면(스텝 #27: Yes), 현재의 최대값을 피크값의 칼끝 위치로 인식해서 기록한다(스텝 #28). 스텝 #28에서는 칼날부(5A)의 칼날수분(N개)의 최대값이 기억된다. 스텝 #28에 있어서, 위치 n<(위치 n-1)이 아닌 경우에는(스텝 #27: No), 스텝 #24로 되돌아가서 촬상이 계속된다.
스텝 #29에 있어서, 목표 칼날수 N의 달성이 확인되어 미달성이면, 다음 칼날부(5A)(본 실시예에서는 칼날부(5A2))의 계측이 실행된다(스텝 #30, 스텝 #23). 스텝 #29에 있어서, 목표 칼날수 N의 달성이 확인되면(또는 위상 대기 시간 α의 적산 값이 회전 공구(11)의 1회전분이 되면), 스텝 #31에 있어서 회전 공구(11)의 복수의 칼날부(5A)에 있어서의 오실레이션량이 계산된다.
도 23에, 회전 공구(11)의 회전파형(사인파형)과, 회전 공구(11)의 칼날부(5A)의 위치의 측정 주기 M(촬상 소자(24)의 촬상 간격 시간)의 관계를 나타낸다. 도 23에서는 기점이 되는 제 1 마크(3)의 위치가 촬상 개시 위상인 예를 나타낸다. 즉, 위상 검출부(31)가 제 1 마크(3)를 검출하고 나서 첫회 촬상 개시까지의 지연 시간(W)은 제로(위상 대기 없음)이다.
도 23에 나타내는 바와 같이, 촬상 소자(24)에 의한 공구(5)의 첫회 촬상에 있어서는 위상 검출부(31)의 광전 센서가 제 1 마크(3)를 검출하면, 트리거 회로(29)로부터의 외부 트리거가 즉시 기동하여 촬상 소자(24)를 구비하는 카메라의 셔터(도시하지 않음)를 개폐시킨다. 2회째의 촬상은 기준 주기 M1(2회전 주기)에 위상 대기 시간 α가 가산된 후에 행해진다. 그 후에, 위상 검출부(31)의 광전 센서가 제 1 마크(3)를 기준 주기 M1(2회전 주기) 간격으로 검출할 때마다, 위상 대기 시간 α가 적산된다. 이렇게 해서, 측정 주기 M(촬상 간격 시간)을 회전 주기(기준 주기 M1)보다 길게 해서 공구(5)의 위치의 계측을 행한다. 또는, 제 1 마크(3)를 검출할 때마다 위상 대기 시간 α를 가산하지 않고, 회전 주기(기준 주기 M1)보다 긴 소정의 측정 주기 M만을 검출해서 계측을 행할 수도 있다.
〔다른 실시형태〕
(1) 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템(100)은 밸런스 계측 장치로서, 예를 들면 필드 밸런서를 사용하여 회전 공구(11)의 질량 밸런스를 계측하는 구성이어도 좋다.
(2) 상기의 실시형태에서는 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템(100)은 밸런스 계측 공정 및 밸런스 조정 공정을 먼저 행하고, 계속해서 오실레이션 계측 공정 및 오실레이션 조정 공정을 행하는 예를 나타냈지만, 오실레이션 계측 공정 및 오실레이션 조정 공정을 먼저 행하고, 계속해서 밸런스 계측 공정 및 밸런스 조정 공정을 행하는 구성이어도 좋다.
(3) 상기의 실시형태에서는 공구 홀더(10)에 있어서, 나사 구멍(18)(삽입 구멍)에 대하여 볼체(40)와 나사 부재(41)(삽입 부재)를 삽입해서 조립되는 예를 나타냈지만, 볼체(40) 대신에 원기둥 형상이나 각기둥 형상 등의 다른 형상으로 형성된 압박용 부재를 사용하여 나사 구멍(18)의 바닥을 압박하는 구성이어도 좋다. 상기 압박 부재와 나사 부재(41)의 접촉 면적을 작게 하기 위해서는 나사 부재(41)의 선단측 축심 부분을 나사 부재(41)의 본체부보다 소경이어도 좋고, 나사 부재(41)와 압박용 부재가 접촉하는 양단면 중 적어도 일방을 곡면 형상의 볼록부로 구성해도 좋다. 또한, 나사 구멍(18)(삽입 구멍)에 나사 부재(41)(삽입 부재)만을 삽입해서 조립되는 구성이어도 좋다. 이 경우에는, 나사 부재(41)의 선단측은 나사 구멍(18)의 저부(제 2 구멍부(18b)의 내면)에 접촉 가능한 형상으로 할 필요가 있다.
(4) 공구 홀더(10)는 공작 기계(1)의 회전 주축(2)에 부착되고, 공구(5)를 장착하는 공구 홀더(10)이면 그 형식에 관계없이 실시할 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량의 조정에 널리 사용할 수 있다.
1: 공작 기계
2: 회전 주축
3: 제 1 마크 4: 제 2 마크
5: 공구 5A: 칼날부
10: 공구 홀더 11: 회전 공구
13: 제 3 마크 14: 제 4 마크
19: 플랜지 형상부(중간부) 19a: 끝면
18: 나사 구멍(삽입 구멍)
20: 촬상 장치(밸런스 계측 장치, 오실레이션 계측 장치)
21: 촬상부 22: 컨트롤러(연산부)
23: 투광부 24: 촬상 소자
28: 제어 기판(제어부) 29: 트리거 회로
31: 위상 검출부 40: 볼체
41: 나사 부재(삽입 부재) 100: 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템
S: 기준선 V1, V2, V3: 벡터
Z: 회전축
3: 제 1 마크 4: 제 2 마크
5: 공구 5A: 칼날부
10: 공구 홀더 11: 회전 공구
13: 제 3 마크 14: 제 4 마크
19: 플랜지 형상부(중간부) 19a: 끝면
18: 나사 구멍(삽입 구멍)
20: 촬상 장치(밸런스 계측 장치, 오실레이션 계측 장치)
21: 촬상부 22: 컨트롤러(연산부)
23: 투광부 24: 촬상 소자
28: 제어 기판(제어부) 29: 트리거 회로
31: 위상 검출부 40: 볼체
41: 나사 부재(삽입 부재) 100: 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템
S: 기준선 V1, V2, V3: 벡터
Z: 회전축
Claims (6)
- 회전 주축에 부착되는 공구 홀더에 공구가 장착되어 구성되는 회전 공구와,
상기 회전 주축에 부착된 상태에서의 상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 공구 홀더의 소정 위치에 소정 질량을 부가한 경우와 부가하지 않은 경우에 대해서, 각각 상기 회전 공구의 외주 위치 데이터를 취득하고, 상기 소정 질량의 부가의 유무에 의한 외주 위치 데이터의 비교로부터 상기 회전 공구의 질량 밸런스를 계측하는 밸런스 계측 장치와,
상기 회전 주축에 부착된 상태에서의 상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 회전 공구의 형상 데이터를 취득하고, 상기 형상 데이터로부터 상기 회전 공구의 오실레이션량을 계측하는 오실레이션 계측 장치를 구비하고,
상기 회전 공구가, 상기 회전 주축에 부착된 상태에서 상기 밸런스 계측 장치의 계측 결과에 의거하는 상기 질량 밸런스의 조정이 가능함과 아울러, 상기 회전 주축에 부착된 상태에서 상기 오실레이션 계측 장치의 계측 결과에 의거하는 상기 오실레이션량의 조정이 가능하게 구성되어 있는 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 오실레이션 계측 장치가,
상기 회전 공구를 촬상하는 촬상 소자와,
상기 촬상 소자에 의한 촬상을 소정 시간마다 실행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 소정 시간을 상기 회전 공구의 회전 주기의 반분 미만의 시간 또는/및 회전 주기보다 긴 시간으로 설정 가능한 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 시스템. - 회전축방향에 있어서 일단측에 형성되어 회전 주축에 부착되는 섕크부와,
상기 회전축방향에 있어서 타단측에 형성되어 공구를 장착 가능한 척부와,
상기 섕크부와 상기 척부 사이에 형성되어 상기 섕크부와 일체적으로 구성되는 중간부에 있어서 회전 축심 주위에 형성되는 복수의 삽입 구멍과, 상기 삽입 구멍에 수용되어 상기 삽입 구멍에 체결 가능한 삽입 부재를 구비하고,
복수의 상기 삽입 구멍의 각각에 대하여, 상이한 질량을 갖는 복수의 상기 삽입 부재가 조립 가능함과 아울러, 상기 삽입 부재의 선단측을 상기 삽입 구멍의 저부에 압박시키면서, 상기 삽입 구멍에 대하여 상기 삽입 부재의 체결량을 변경함으로써 상기 척부의 선단측을 상기 회전축에 직교하는 방향으로 변형 가능하게 구성되는 공구 홀더. - 회전 주축에 부착되는 공구 홀더에 공구가 장착되어 구성되는 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 계측 장치로서,
상기 회전 공구를 촬상하는 촬상 소자와, 상기 촬상 소자에 의해 촬상된 촬상 화상에 의거하여 상기 회전 공구의 질량 밸런스 및 오실레이션량을 계측하는 연산부를 구비하고,
상기 회전 주축에 부착된 상태에서의 상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 연산부는 상기 공구 홀더의 소정 위치에 소정 질량을 부가한 경우와 부가하지 않은 경우에 대해서, 각각 상기 촬상 화상에 의거하여 상기 회전 공구의 외주 위치 데이터를 취득하고, 상기 소정 질량의 부가의 유무에 의한 외주 위치 데이터의 비교로부터 상기 회전 공구의 질량 밸런스를 계측하고,
상기 회전 주축에 부착된 상태에서의 상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 연산부는 상기 촬상 화상에 의거하여 상기 회전 공구의 형상 데이터를 취득하고, 상기 형상 데이터로부터 상기 회전 공구의 오실레이션량을 계측하는 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 계측 장치. - 회전 주축에 부착되는 공구 홀더에 공구가 장착되어 구성되는 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 방법으로서,
상기 회전 주축에 부착된 상태에서의 상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 공구 홀더의 소정 위치에 소정 질량을 부가한 경우와 부가하지 않은 경우에 대해서, 각각 상기 회전 공구의 외주 위치 데이터를 취득하고, 상기 소정 질량의 부가의 유무에 의한 외주 위치 데이터의 비교로부터 상기 회전 공구의 질량 밸런스를 계측하는 밸런스 계측 공정과,
상기 회전 공구가 상기 회전 주축에 부착된 상태에서, 상기 밸런스 계측 공정의 계측 결과에 의거하여 상기 공구 홀더의 질량을 증감해서 상기 회전 공구의 질량 밸런스를 조정하는 밸런스 조정 공정과,
상기 회전 주축에 부착된 상태에서의 상기 회전 공구의 회전시에 있어서, 상기 회전 공구의 형상 데이터를 취득하고, 상기 형상 데이터로부터 상기 회전 공구의 오실레이션량을 계측하는 오실레이션 계측 공정과,
상기 회전 공구가 상기 회전 주축에 부착된 상태에서, 상기 오실레이션 계측 공정의 계측 결과에 의거하여 상기 공구 홀더의 선단측을 상기 회전 공구의 회전축에 직교하는 방향으로 변형시켜 상기 회전 공구의 오실레이션량을 조정하는 오실레이션 조정 공정을 갖는 회전 공구의 밸런스 및 오실레이션 조정 방법. - 회전축방향에 있어서 일단측에 형성되어 회전 주축에 부착되는 섕크부와,
상기 회전축방향에 있어서 타단측에 형성되어 공구를 장착 가능한 척부와,
상기 섕크부와 상기 척부 사이에 형성되어 상기 섕크부와 일체적으로 구성되는 중간부에 있어서 회전 축심 주위에 형성되는 복수의 삽입 구멍과, 상기 삽입 구멍에 수용되어 상기 삽입 구멍에 체결 가능한 삽입 부재를 구비하고,
상기 삽입 부재의 선단측을 상기 삽입 구멍의 저부에 압박시키면서, 상기 삽입 구멍에 대하여 상기 삽입 부재의 체결량을 변경함으로써 상기 척부의 선단측을 상기 회전축에 직교하는 방향으로 변형 가능하게 구성되는 공구 홀더.
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